Ok, Google ha raggiunto la supremazia quantistica. Ma che cos’è un quantum computer?

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Sycamore, il computer quantistico di Google

Per capire l’importanza del processore più potente del mondo, ci siamo fatti spiegare come funziona e che cosa potrà fare in futuro da Andrea Cavalli, ricercatore dell’Iit

Genova – È la “notizia del giorno” di questi ultimi giorni, non solo per chi si occupa di informatica e per gli appassionati di tecnologia, ma anche per il mondo della scienza in generale: ieri, 23 ottobre 2019, Google ha comunicato di avere raggiunto la cosiddetta “supremazia quantistica”.

Con un testo pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature, da Mountain View hanno fatto sapere che il loro processore Sycamore a 54 qubit è stato in grado di eseguire in circa 200 secondi un calcolo che a un computer normale avrebbe richiesto circa 10mila anni. Cioè sarebbe stato virtualmente impossibile. Questo, questa capacità di fare cose che un’altra macchina non sarebbe in grado di fare, è appunto la “supremazia quantistica”.

Come funziona un computer quantistico

Il “quantum computer” si basa sui princìpi della meccanica quantistica: invece dei bit, le unità cardine dell’informatica, ci sono i qubit; invece di considerare tutto come una sequenza di 1 e 0 alternati, un processore quantistico può analizzare gli 1 e gli 0 insieme, nello stesso momento (sì, è il paradosso del gatto di Schrödinger). Se un bit può immagazzinare le informazioni come un 1 oppure uno 0 (un interruttore in un circuito è aperto oppure chiuso), il qubit può tenere conto di entrambi i dati contemporaneamente (1 e 0, aperto e chiuso): banalmente, un qubit ha il doppio di capacità di un bit, ma 4 qubit ne hanno il quadruplo rispetto a 4 bit e così via, in modo esponenziale. Questo fa sì che un computer quantistico, messo di fronte a un problema (un’equazione molto difficile, per semplificare), sia in grado di trovare la soluzione valutando contemporaneamente più soluzioni differenti.Fisicamente, un computer quantistico assomiglia (più o meno) a un supercomputer “normale”, ma dentro è completamente diverso: il cuore non sono i transistor di silicio, ma gli elettroni, che sono in costante movimento e possono appunto assumere stati diversi durante l’esecuzione di una qualsiasi operazione di calcolo. Nel caso del Sycamore di Google, il processore e i superconduttori per gli elettroni sono realizzati di alluminio, mentre per altre componenti è stato utilizzato l’indio, un metallo rarissimo e molto malleabile. Il tutto viene mantenuto a una temperatura vicino allo zero assoluto (cioè, intorno ai -273 gradi centigradi): gli elettroni variano il loro stato se sottoposti al calore, che è dunque il nemico numero uno di queste macchine.

video: il computer quantistico spiegato da Google

Meteo, farmaci, progettazione: a che serve un quantum computer
Detto delle caratteristiche fisiche e soprattutto della potenza spaventosa, viene spontaneo domandarsi a che cosa possa servire tutte questo, se sia solo una “prova di forza” fine a se stessa o se abbia (possa avere) qualche applicazione nel mondo reale: «Innanzi tutto, bisogna chiarire che la potenza di calcolo non basta mai… è come gli armadi nelle case, non ce ne sono mai abbastanza», ci ha detto con un pizzico di ironia Andrea Cavalli, ricercatore dell’Iit di Genova.

Per poi aggiungere, più seriamente, che «nell’epoca dei cosiddetti “big data”, per poter elaborare velocemente la massiccia mole di informazioni che ci circondano, per poterla archiviare e gestire serviranno computer sempre più potenti». Non solo: quando i computer quantistici saranno sufficientemente stabili e affidabili (fra non prima di una quindicina d’anni, secondo le stime) «potranno essere utilizzati in tutti i casi in cui è necessario eseguire un numero elevatissimo di operazioni per secondo, come nella progettazione Cad e di farmaci, nella meteorologia». In tutte queste situazioni, saranno determinanti per ottenere un risultato il più possibile al vero («a un dettaglio superiore a quello cui possiamo arrivare adesso», ci ha spiegato il professor Cavalli) nella simulazione di un oggetto, di una medicina, di una perturbazione su un qualsiasi territorio.

Uno dei componenti del computer quantistico di Google

Semplificando all’estremo: per progettare la turbina del motore di un aereo se ne riproduce il comportamento via computer prima di metterla in produzione, sottoponendola a diverse sollecitazioni, come una turbolenza, un incendio, un qualche malfuzionamento. A oggi, si fa una simulazione. Anche domani si farà, ma con i computer quantistici si potrà andare oltre, decisamente oltre: saranno (sono?) in grado di riprodurre la turbina e le sue reazioni sino al più minuscolo dettaglio, come se fosse vera, costruita e assemblata lì, accanto al progettista.

Ancora: lo stesso si potrà fare, per esempio, per capire come un viadotto autostradale reagirà nel tempo al passaggio dei veicoli, riproducendo con una fedeltà impressionante il continuo passaggio di auto e camion di dimensioni e massa diverse, giorno dopo giorno, anno dopo anno, prendendo in considerazione un numero di variabili prima ingestibile, valutando eventuali deformazioni della struttura o altri problemi e in qualche modo anticipandoli virtualmente, per essere in grado di reagire per tempo nel mondo reale.

Discorso simile per quanto riguarda le condizioni del tempo: a oggi, i computer che realizzano i modelli meteorologici possono simulare solo una piccola parte di un territorio, da cui partire per realizzare la previsione per una zona ben più ampia. In futuro, con i computer quantistici, si potrà vedere come la foce di un torrente, un costone di roccia o un sentiero reagiscono a una certa quantità di pioggia, riproducendoli sino all’ultimo sassolino. Come se fossimo sulla sponda del Bisagno sotto al diluvio. Ma senza bagnarci.

Fonte: https://www.ilsecoloxix.it/high-tech/2019/10/24/news/ok-google-ha-raggiunto-la-supremazia-quantistica-ma-che-cos-e-un-quantum-computer-1.37784511